opgave 1Cacaoboter
Eén van de hoofdbestanddelen van chocolade is cacaoboter.
De samenstelling van cacaoboter is één van de oorzaken van het smeltgedrag
van chocolade. Bij 20 tot 25 °C is chocolade nog hard, maar bij de temperatuur
die in de mond heerst, smelt het snel. Veel mensen ervaren daarom een
verkoelend effect in de mond bij het eten van chocolade.
12pGeef een verklaring voor het waargenomen verkoelend effect bij het eten van
chocolade.
Cacaoboter is een mengsel van voornamelijk vetten. Welke vetzuurresten
voornamelijk in deze vetten voorkomen, is achterhaald met behulp van een
methode waarbij de tri-esters eerst werden gehydrolyseerd en de daarbij
verkregen vetzuren werden omgezet tot de overeenkomstige methylesters.
23pGeef de vergelijking voor de reactie waarbij onder andere uit oliezuur de
methylester van oliezuur wordt gevormd. Gebruik structuurformules.
De koolwaterstofrest van oliezuur mag worden weergegeven als C17H33.
Uit onderzoek is gebleken dat in de meeste vetten van cacaoboter glycerol op
positie 2 is veresterd met oliezuur. Verder is glycerol vooral met palmitinezuur
en/of stearinezuur veresterd.
Deze vetten worden als volgt schematisch aangeduid: P - O - P, P - O - S en
S - O - S. Hierin staat P voor palmitinezuur, O voor oliezuur en S voor
stearinezuur; de middelste letter geeft het vetzuur op positie 2 weer.
Aangezien de beschikbare hoeveelheid cacaoboter niet toereikend is om aan de
vraag naar chocolade te voldoen, wordt voor bepaalde chocoladeproducten
gebruik gemaakt van andere grondstoffen. De vetzuursamenstelling van die
andere grondstoffen is anders dan die van cacaoboter. Men kan vetten uit die
andere grondstoffen op twee manieren omzetten tot vetten die wel in cacaoboter
voorkomen.
De eerste manier wordt aangeduid als ‘partiële hydrogenering’. Hierbij laat men
een vet reageren met waterstof. Een voorbeeld is het vet P - O - L (L staat voor
linolzuur) uit palmolie. Door additie van waterstof kan dit vet worden omgezet tot
P - O - S.
33pBereken hoeveel dm3 waterstof (T = 298 K, p = p0) minstens nodig is om 1,0 kg
van het vet P - O - L om te zetten tot het vet P - O - S. De massa van één mol van
het vet P - O - L bedraagt 857 g.
De tweede manier is een zogenoemde om-estering: het vervangen van de ene
vetzuurrest door een andere. Bij dit proces maakt men gebruik van het enzym
lipase. Dit enzym katalyseert de hydrolyse van vetzuren die zijn veresterd op de
posities 1 en 3 van een vet. Lipase katalyseert ook de omgekeerde reactie: de
verestering van vetzuren aan de posities 1 en 3 van glycerol.
Door bijvoorbeeld het vet P - O - O te mengen met stearinezuur en lipase kan
onder andere het vet P - O - S worden verkregen.
In dit reactiemengsel ontstaan ook andere vetten.
43pGeef de schematische aanduiding van vier andere vetten, geen
stereo-isomeren, die in dit reactiemengsel kunnen voorkomen.
Het organische oplosmiddel waarin het vet en het stearinezuur worden opgelost,
mengt niet met het water waarin het enzym wordt opgelost. Om een goede
menging voor de om-esteringsreactie te krijgen, wordt een zeepachtige stof
(emulgator) toegevoegd.
Moleculen van een emulgator worden vaak schematisch als volgt weergegeven:
staar
t
p
Door toevoeging van de emulgator worden zogenoemde micellen gevormd:
druppeltjes van de enzymoplossing die zweven in de oplossing van vet en
vetzuur, met emulgatormoleculen op het grensvlak van de enzymoplossing en
de oplossing van vet en vetzuur. Dit kan als volgt worden weergegeven:
De om-esteringsreactie vindt plaats op het grensvlak van de twee oplossingen.
De snelheid van de om-estering is afhankelijk van de grootte van de micellen.
Om na te gaan hoe de reactiesnelheid afhangt van de micelgrootte werden, bij
dezelfde temperatuur, twee proeven, proef 1 en proef 2, uitgevoerd. Aan het
begin van beide proeven waren de hoeveelheden emulgator, enzymoplossing,
vetoplossing en stearinezuur gelijk. Het enige verschil was dat de micellen in
proef 1 kleiner waren dan in proef 2.
52pLeg uit in welke proef de reactiesnelheid het grootst was.
opgave 2Absint
Absint is een sterk alcoholisch extract van diverse kruiden, waaronder alsem
(Artemisia absinthium). De drank kreeg een slechte naam, doordat sommige
drinkers tekenen van waanzin gingen vertonen of blind werden. Daarom is
absint in veel landen lange tijd verboden geweest.
De genoemde gezondheidseffecten worden niet alleen veroorzaakt door het
hoge alcoholgehalte. Rond 1900 werd ontdekt dat in absint ook de verbinding
thujon voorkomt. In experimenten met proefdieren bleek deze stof schadelijke
werkingen te hebben.
In de natuur komen twee soorten thujon voor: α-thujon en β-thujon.
Hieronder staan de ruimtelijke structuurformules van α-thujon en β-thujon.
De bindingen die zijn getekend met – liggen in het vlak van tekening, de
bindingen die zijn getekend met
komen uit het vlak van tekening naar voren
en de bindingen die zijn getekend met ··· liggen achter het vlak van tekening.
Met de groep C3H7 wordt de isopropylgroep bedoeld: CH3–CH–CH3.
α-Thujon is een stereo-isomeer van β-thujon.
62pLeg aan de hand van de structuurformules uit of een molecuul α-thujon het
spiegelbeeld is van een molecuul β-thujon.
72pLeg aan de hand van de structuurformules uit of α-thujon en β-thujon
cis-trans-isomeren zijn.
Uit onderzoek is gebleken dat tijdens de stofwisseling van α-thujon en β-thujon
een zogenoemde hydroxylering plaatsvindt. Bij hydroxylering worden één of
meer OH groepen in het molecuul ingebouwd. Hydroxylering van thujon kan
onder andere plaatsvinden aan de isopropylgroep. Hierbij wordt de C3H7 groep
omgezet tot een C3H6OH groep. Deze omzetting kan worden opgevat als een
redoxreactie.
83pGeef de vergelijking van de halfreactie voor deze hydroxylering van thujon. In
deze vergelijking komen onder andere H2O en H+ voor. Noteer in deze
vergelijking thujon als R–C3H7 en het reactieproduct als R–C3H6OH.
91pLeg aan de hand van de vergelijking van deze halfreactie van thujon uit of voor
de hydroxylering van thujon een oxidator dan wel een reductor nodig is.
Volgens de normen van de Europese Unie mag absint maximaal 35 mg thujon
(α en β samen) per kg bevatten.
De Voedsel en Waren Autoriteit controleert het gehalte thujon in absint. Tijdens
de bepaling van dat gehalte wordt een mengsel eerst gescheiden, waarna de
afzonderlijke stoffen langs een detector worden gevoerd. Het signaal dat de
detector daarbij afgeeft, wordt als een getal op een display weergegeven.
De bepaling gaat als volgt:
− Er wordt een standaardoplossing gemaakt van α-thujon, β-thujon en een
hulpstof A. De concentraties van deze stoffen zijn bekend.
− Een hoeveelheid van dit mengsel wordt geanalyseerd. Hierbij worden de
signalen geregistreerd die worden veroorzaakt door de stoffen in het
mengsel (bepaling 1).
− Vervolgens wordt een mengsel gemaakt van absint en stof A. De
concentratie van stof A hierin is even groot als in de standaardoplossing.
− Een hoeveelheid van dit mengsel van absint en stof A wordt ook
geanalyseerd, en de signalen die worden veroorzaakt door de stoffen in het
mengsel worden geregistreerd (bepaling 2).
Uit de geregistreerde signalen kunnen de gehaltes α-thujon en β-thujon in de
onderzochte absint worden berekend.
In onderstaande tabel zijn de bij zo’n bepaling geregistreerde signalen vermeld
die worden veroorzaakt door α-thujon en stof A.
De hoeveelheid mengsel in bepaling 1 was niet gelijk aan de hoeveelheid
mengsel in bepaling 2.
Het signaal is recht evenredig met de hoeveelheid stof die wordt gedetecteerd.
103pBereken de concentratie, in mol L–1, van α-thujon in de onderzochte absint. Ga
ervan uit dat door het toevoegen van stof A aan de absint het volume niet
toeneemt en dat tijdens de bepaling stof A niet met andere stoffen reageert.
Gebruik bovenstaande gegevens en het gegeven dat in de standaardoplossing
de concentratie van α-thujon gelijk is aan 1,36·10–5 mol L–1.
113pBereken of de onderzochte absint voldoet aan de door de Europese Unie
gestelde norm. Gebruik onder andere de volgende gegevens:
− dichtheid van absint: 0,92·103 kg m–3;
− massa van een mol thujon: 152,2 g;
− concentratie van β-thujon in de onderzochte absint: 7,38·10–5 mol L–1.
opgave 3Sulfiet en wijnbereiding
Het belangrijkste proces dat bij het maken van wijn optreedt, is de zogenoemde
alcoholische vergisting van glucose en fructose. Er treden ook andere
processen op, waarbij veel mis kan gaan. De wijn krijgt dan een afwijkende
smaak en/of geur. In onderstaand tekstfragment, ontleend aan een website voor
wijnkenners, worden twee van die afwijkingen beschreven.
tekstfragment 1
De azijnsteek Komt in wijn vrij frequent voor. Azijnzuurbacteriën zorgen voor oxidatie van de alcohol, zodat azijnzuur (ethaanzuur) of zelfs azijn wordt gevormd. Een wijn met een azijnsteek vertaalt zich in een toename van azijnzuur, een daling van het alcoholgehalte en een 5 terugval in de kleur. Een azijnsteek kan zich ontwikkelen in wijnen die slecht beschermd worden tegen oxidatie en in wijnen die onvoldoende gezwaveld werden. De graad van verzuring wordt gemeten door een analyse van de hoeveelheid azijnzuur in wijn: men spreekt dan van de vluchtige zuurtegraad van wijn. De 10 maximale wettelijke hoeveelheid azijnzuur werd vastgesteld op 0,88 gram/liter voor witte wijnen en 0,98 gram/liter voor rode wijnen. Een azijnsteek gaat steeds samen met de vorming van ethylacetaat (ethylethanoaat), een scheikundige substantie die onaangename aroma's (lijm) veroorzaakt. De melksteek Ontstaat door de aanwezigheid van andere bacteriën: de 15 melkzuurbacteriën. Dit komt vooral voor bij wijnen die nog een hoeveelheid restsuiker bezitten door het stopzetten van de alcoholische gisting. In dit geval zet de bacterie een deel van de suikers om in melkzuur, in koolstofdioxide en in azijnzuur. Melk
122pLeg uit dat een azijnsteek samen gaat met de vorming van ethylacetaat
(regel 11 en 12).
Een leerling onderzoekt witte wijn. Tijdens dat onderzoek wil hij 10,00 mL witte
wijn titreren met natronloog van een zodanige molariteit dat hij bij de titratie
tussen de 10 en 20 mL loog moet toevoegen. Om die molariteit te schatten, gaat
hij uit van het maximale azijnzuurgehalte in witte wijn.
133pBereken welke molariteit de natronloog (ongeveer) moet hebben.
142pBepaalt de leerling bij deze titratie de ‘totale’ of de ‘vluchtige zuurtegraad’?
Geef een verklaring voor je antwoord.
154pLeg uit dat de melkzuurbacteriën niet uitsluitend suikers omzetten bij de
omzetting die in de regels 17 en 18 wordt beschreven en dat de stoffen die
volgens dit tekstfragment daarbij ontstaan niet de enige stoffen zijn die ontstaan.
− Gebruik in je uitleg molecuulformules van de genoemde stoffen.
− Met suikers worden glucose en fructose bedoeld.
− Ga ervan uit dat de genoemde stoffen in de molverhouding 1: 1: 1 ontstaan.
− Melkzuur is 2-hydroxypropaanzuur.
Met ‘zwavelen’ (regel 6 van tekstfragment 1) wordt bedoeld het toevoegen van
sulfiet. Het volgende tekstfragment, dat is ontleend aan een populair
wetenschappelijk tijdschrift, gaat over de functie van sulfiet.
tekstfragment 2
Sulfiet heeft een multifunctionele opdracht. De dosis heeft als hoofddoel de oxidatie van de most1) te verhinderen. Sulfiet zal zuurstof binden tot sulfaat, dat neerslaat en in het depot2) terechtkomt. Eenmaal in de most zal sulfiet - voor de alcoholische gisting start - een selectie maken in de inwerking van gisten en 5 bacteriën. Zo zal de alcoholische gisting volledig kunnen verlopen voordat de melkzuurbacteriën actief worden. Het belang hiervan zit in de omvormingen die melkzuurbacteriën kunnen doorvoeren. Melkzuurbacteriën zetten niet enkel appelzuur om, sommige stammen zijn in staat ook glucose en fructose om te zetten naar het ongewenste azijnzuur. Omdat niet alle micro-organismen even 10 gevoelig zijn voor sulfiet, kan een selectie worden gemaakt. Sulfiet is aan het eind van de gisting verdwenen, wat de slapende melkzuurbacteriën toelaat hun werk te doen. Ze zetten het agressieve appelzuur om in het veel minder scherpe melkzuur.
noot 1 Most is druivensap dat nog niet (geheel) is gegist.
noot 2 Met depot wordt hier bezinksel bedoeld.
163pGeef van de reactie die staat beschreven in regel 2 van tekstfragment 2 de
vergelijkingen van beide halfreacties en leid daarmee de totale
reactievergelijking af.
Uit beide tekstfragmenten is op te maken dat de hoeveelheid sulfiet die wordt
toegevoegd aan nauwe grenzen is gebonden. Zo zal wijn te veel azijnzuur
bevatten wanneer te weinig sulfiet wordt toegevoegd. Maar te veel sulfiet
toevoegen is ook niet goed.
172pGeef twee oorzaken voor een te hoog azijnzuurgehalte wanneer te weinig sulfiet
wordt toegevoegd.
182pLeg aan de hand van (één van) bovenstaande tekstfragmenten uit wat het
nadeel is van het toevoegen van te veel sulfiet.
opgave 4Speeksel
Onder normale omstandigheden is de pH van speeksel ongeveer 7. Als de pH in
de mond daalt tot een waarde die lager is dan 5,5 kan aantasting van het gebit
optreden. Speeksel bevat een aantal buffers. Die buffers kunnen de daling van
de pH binnen zekere grenzen houden. Daardoor wordt het gebit beschermd. De
zogenoemde buffercapaciteit geeft aan hoe goed een buffer de daling van de pH
kan beperken. Bij de bepaling van de buffercapaciteit van speeksel wordt met
zogenoemd ‘gestimuleerd speeksel’ gewerkt. Dat is speeksel dat ontstaat als op
iets wordt gekauwd.
Hieronder zijn twee methoden beschreven om de buffercapaciteit van
‘gestimuleerd speeksel’ te bepalen.
methode 1
− de pH van het ‘gestimuleerde speeksel’ wordt gemeten;
− 1,0 mL speeksel wordt toegevoegd aan 3,0 mL 0,0050 M zoutzuur;
− het mengsel wordt 20 minuten geroerd om de ontstane CO2 te verwijderen;
− de pH wordt gemeten.
193pLeg uit aan de hand van bovenstaande gegevens en het feit dat de pH van
speeksel ongeveer 7 is, welk zuur-base koppel in ieder geval in het
‘gestimuleerde speeksel’ aanwezig is.
203pBereken in welke molverhouding dit zuur en zijn geconjugeerde base in
speeksel met pH = 6,8 voorkomen. Noteer de uitkomst van je berekening als
aantal mol zuur
=
volgt:
aantal mol geconjugeerde base 1
Bij een proefpersoon werd de buffercapaciteit van het speeksel onderzocht
volgens methode 1. De begin-pH van zijn speeksel was 7,0. Na afloop van de
bepaling was de pH van het mengsel 4,5.
213pToon met behulp van een berekening aan dat het speeksel van deze
proefpersoon inderdaad een bufferende werking bezit.
methode 2
Tandartsen gebruiken vaak een vereenvoudigde methode. Daarbij wordt
gewerkt met een teststrookje waarop zuren en een indicator zijn aangebracht.
Met een bijgeleverd pipetje wordt een druppel ‘gestimuleerd speeksel’ op het
teststrookje gebracht. Dan reageren de zuren met de basen van de buffers die
in het speeksel aanwezig zijn. Het teststrookje krijgt daarbij een bepaalde kleur.
Met een bijgeleverde kleurenkaart kan worden afgelezen in welk gebied de
uiteindelijke pH ligt. Hiermee kan de tandarts een indruk krijgen van de
buffercapaciteit van het speeksel.
Hieronder is die kleurenkaart enigszins gewijzigd afgebeeld. De vakjes waarin
‘kleur A’, ‘kleur B’ of ‘kleur C’ staat, hebben in werkelijkheid een bepaalde kleur.
De grenzen op de kleurenkaart zijn nogal onnauwkeurig aangegeven.
223pGeef aan welke indicator kan zijn gebruikt op zo’n teststrookje en geef aan
welke kleuren kleur A, kleur B en kleur C zijn. Noteer je antwoord als volgt:
Indicator is: …
kleur A is: …
kleur B is: …
kleur C is: …
